DE112004001176B4

DE112004001176B4 - Electronic assembly for electric machine

Info

Publication number: DE112004001176B4
Application number: DE112004001176.0T
Authority: DE
Inventors: Michael D. Bradfield; David Maley; Michael McCord; Chris Bledsoe
Original assignee: Remy International Inc
Current assignee: Remy International Inc
Priority date: 2003-07-03
Filing date: 2004-06-24
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2024-06-25
Also published as: US20050194850A1; US6995486B2; US20050001492A1; KR101070177B1; US6911750B2; KR20110048566A; WO2005011090A1; KR20060022713A; DE112004001176T5; KR101056664B1

Abstract

Elektronische Baugruppe für eine elektrische Maschine (100), vorzugsweise einen Drehstromgenerator, umfassend:
einen Schleifringenderahmen (2) (SRE-Rahmen), der ein Ende eines Gehäuses definiert, das für den Einbau eines Läufers darin konfiguriert ist, um so drehbar zu sein;
eine Mehrzahl von Minusdioden (1), die winkelartig im SRE-Rahmen verteilt und mit Presspassungen in Öffnungen im SRE-Rahmen befestigt sind, der als Minus-Kühlkörper wirkt;
eine Mehrzahl von Plusdioden (3), die an einer separaten elektrisch leitenden Platte (4) befestigt sind, die über einer Stelle der Mehrzahl von Minusdioden (1) angeordnet ist, wobei die Platte (4) als Plus-Kühlkörper konfiguriert ist, der entsprechende Löcher aufweist, so dass Leiter, die von jeder Minusdiode (1) aus verlaufen, direkt dadurch überstehen, und Öffnungen (9) aufweist, die im Plus-Kühlkörper ausgebildet sind, um mit einem Körper jeder Plusdiode in Eingriff zu stehen;
einen nicht leitenden Trenner (10), der über einer Reihe von Vorsprüngen (11) montiert ist, die den Plus-Kühlkörper (4) über einer den Minus-Kühlkörper (2) definierenden oberen Fläche beabstanden, wobei der Trenner (10) so konfiguriert ist, dass er den Plus-Kühlkörper (4) und den Minus-Kühlkörper (2) elektrisch voneinander isoliert;
eine Klemmeneinheit (13), die so konfiguriert ist, dass sie geeignete elektrische Anschlüsse (14) zwischen den Plus- (3) und Minusdioden (1), den Ständerphasenleitern und einer Reglereinheit bereitstellt;
eine Abdeckung (27), die quer darüber verläuft, um die elektronische Baugruppe abzuschirmen, wobei die Abdeckung (27) am SRE-Rahmen befestigt ist; und
die Reglereinheit (19) ist betriebsfähig an einer Mehrzahl von Stellen am SRE-Rahmen (2) befestigt, wobei die Reglereinheit (19) elekrtrisch mit dem Plus-Kühlkörper (4), einer von der Reglereinheit (19) aus verlaufenden Ständerphasenklemme (20), dem SRE-Rahmen (4) und einer Bürstenhaltereinheit (26) verbunden ist;
wobei die Abwärme von dem Plus-Kühlkörper (4) und dem Minus-Kühlkörper (2) über Entlüftungsöffnungen (28), die in jedem Kühlkörper (2) konfiguriert sind, und radial nach außen quer über Oberflächen abzuführen ist, die jeden Kühlkörper (2, 4) definieren.

Electronic assembly for an electric machine (100), preferably a three-phase generator, comprising:
a slip ring end frame (2) (SRE frame) defining one end of a housing configured for installation of a rotor therein so as to be rotatable;
a plurality of negative diodes (1) angularly distributed in the SRE frame and press-fitted into openings in the SRE frame which acts as a negative heat sink;
a plurality of positive diodes (3) attached to a separate electrically conductive plate (4) disposed over a location of the plurality of negative diodes (1), the plate (4) being configured as a positive heat sink having corresponding holes such that conductors extending from each negative diode (1) protrude directly therethrough and having openings (9) formed in the positive heat sink to engage a body of each positive diode;
a non-conductive separator (10) mounted over a series of protrusions (11) that space the plus heat sink (4) over a top surface defining the minus heat sink (2), the separator (10) being configured to electrically isolate the plus heat sink (4) and the minus heat sink (2) from one another;
a terminal unit (13) configured to provide appropriate electrical connections (14) between the positive (3) and negative diodes (1), the stator phase conductors and a regulator unit;
a cover (27) extending across to shield the electronic assembly, the cover (27) being attached to the SRE frame; and
the controller unit (19) is operatively attached to the SRE frame (2) at a plurality of locations, the controller unit (19) being electrically connected to the positive heat sink (4), a stator phase terminal (20) extending from the controller unit (19), the SRE frame (4) and a brush holder unit (26);
wherein the waste heat is to be removed from the plus heatsink (4) and the minus heatsink (2) via vent openings (28) configured in each heatsink (2) and radially outwardly across surfaces defining each heatsink (2, 4).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Diese Patentanmeldung betrifft allgemein eine elektrische Vorrichtung und insbesondere eine eine Gleichrichterbrücke, einen Regler und eine Bürstenhaltereinheit aufweisende elektronische Bauteilgruppe für eine elektrische Maschine sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben.This patent application relates generally to an electrical device and more particularly to an electronic assembly including a rectifier bridge, a regulator and a brush holder assembly for an electrical machine and a method of making the same.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Elektrische Lasten für Fahrzeuge nehmen kontinuierlich zu, während zugleich die für den Stromgenerator zur Verfügung stehende Gesamtbaugröße immer kleiner wird. Es besteht folglich Bedarf nach einem System mit höherer Leistungsdichte und nach einem Verfahren zur Erzeugung bordeigener Elektrizität.Electrical loads for vehicles are constantly increasing, while at the same time the overall size available for the power generator is becoming smaller and smaller. There is therefore a need for a higher power density system and method for generating on-board electricity.

Der zunehmende Bedarf an Strom, der von einem Drehstromgenerator zu erzeugen ist, führt zu einem Bedarf nach einer entsprechenden Anpassung des Systems für die Stromregelung und insbesondere eines Systems, bei dem der von einem Drehstromgenerator erzeugte Dreiphasenwechselstrom zu einem Gleichstrom gleichgerichtet wird, der in der Batterie eines Fahrzeugs gespeichert oder direkt von dem Stromkreis des Fahrzeugs genutzt werden kann, der mit Gleichstromspannung (DC) gespeist wird.The increasing demand for power to be produced by an alternator results in a need for a corresponding adaptation of the system for power control and in particular a system in which the three-phase alternating current generated by an alternator is rectified to a direct current which can be stored in a vehicle's battery or used directly by the vehicle's electrical circuit which is supplied with direct current (DC) voltage.

Der Dreiphasenwechselstrom wird normalerweise durch eine Gleichrichterbrücke gleichgerichtet, die mit sechs Leistungsdioden versehen ist. Drei dieser Dioden sind die Plusdioden, die zwischen den Phasenklemmen der Ständerwicklungen des Drehstromgenerators und der Plusklemme B+ des Drehstromgenerators angeschlossen sind, der mit der Batterie und dem Stromkreis des Fahrzeugs verbunden ist. Drei weitere Dioden, nämlich die Minusdioden, sind zwischen der elektrischen Masse (Erde) des Fahrzeugs und den vorgenannten Phasenklemmen der Ständerwicklungen angeschlossen.The three-phase alternating current is normally rectified by a rectifier bridge fitted with six power diodes. Three of these diodes are the positive diodes connected between the phase terminals of the alternator stator windings and the positive B+ terminal of the alternator which is connected to the battery and vehicle electrical circuit. Three other diodes, namely the negative diodes, are connected between the vehicle's electrical chassis (earth) and the aforementioned phase terminals of the stator windings.

Die Dioden bilden die Gleichrichterbrücke und sind einem Hochstrom ausgesetzt. Sie müssen deshalb in der bestmöglichen Weise gekühlt werden. Zu diesem Zweck werden die Dioden bekannterweise auf Metallplatten angeordnet, die an der Außenseite des Drehstromgenerators angeordnet sind und einen Ableiter für die durch die Dioden erzeugte Wärme bilden. Die Dioden sind auf zwei Trägerplatten gruppiert, von denen eine für die Plusdioden und die andere für die Minusdioden reserviert ist.The diodes form the rectifier bridge and are exposed to high current. They must therefore be cooled in the best possible way. For this purpose, as is known, the diodes are arranged on metal plates which are arranged on the outside of the alternator and form a dissipator for the heat generated by the diodes. The diodes are grouped on two support plates, one reserved for the positive diodes and the other for the negative diodes.

Die Gleichrichterdioden sind an jeweilige Trägerplatten angeschlossen, die auch als Kühlkörper für diese Dioden dienen. Die Gleichrichterdioden werden mit Druck in Aufnahmebohrungen der Trägerplatte bzw. des Kühlkörpers eingesetzt oder mit geeigneten Lötlegierungen an der Trägerplatte angelötet. Die mit den Gleichrichterdioden verbundenen Enddrähte ermöglichen, dass die Gleichrichterdioden an externe Stromquellen angeschlossen werden können.The rectifier diodes are connected to respective support plates, which also serve as heat sinks for these diodes. The rectifier diodes are pressure-inserted into mounting holes in the carrier plate or heat sink, or soldered to the carrier plate using suitable soldering alloys. The tail wires connected to the rectifier diodes allow the rectifier diodes to be connected to external power sources.

Unter gewissen besonders schwierigen Betriebsbedingungen zeigte sich jedoch, dass diese Kühlung der Dioden - und allgemein die Kühlung des gesamten Stromregelmittels - möglicherweise nicht ausreicht, um eine langzeitige Zuverlässigkeit des Drehstromgenerators zu gewährleisten.However, under certain particularly difficult operating conditions, it has been found that this cooling of the diodes - and in general the cooling of the entire current control means - may not be sufficient to ensure long-term reliability of the alternator.

Die Kühlkörper sind normalerweise kreis- oder sichelförmig konstruiert und in der gleichen Ebene am Drehstromgenerator befestigt.The heatsinks are usually circular or crescent shaped and are attached to the alternator in the same plane.

Es ist von Bedeutung, dass die Brückengleichrichter nicht nur den normalen Batterieladestrom aushalten müssen, sondern auch die vom Fahrzeug benötigten hohen Lastströme liefern müssen, wobei dies bei erhöhten Umgebungstemperaturen erfolgt. Diese Anforderungsbedingungen können beispielsweise auftreten, wenn das Fahrzeug in einer heißen Nacht in stockendem Verkehr feststeckt. Unter solchen Bedingungen sind die elektrischen Lasten wegen Scheinwerfern, Klimaanlage, Motorlüfter, Bremslichtern und verschiedenen anderen elektrischen Lasten hoch. Die Temperaturen im Motorraum sind bedingt durch die Temperatur der äußeren Umgebungsluft und das Anfahren und Anhalten im stockenden Verkehr ebenfalls hoch. Die beschriebenen Brückengleichrichter sind in ihrer Fähigkeit eingeschränkt, unter solchen Bedingungen mit hohem Strom und hohen Temperaturen zuverlässig zu funktionieren. Damit Brückengleichrichter mit dieser Art von überhöhten Strom- und Wärmelasten umgehen können, muss ein Brückengleichrichter verwendet werden, der höhere Stromlasten verkraften kann. Wegen des begrenzten Raums für den Drehstromgenerator wird es dann schwierig, einen solchen Brückengleichrichter unter dem Aspekt der Realisierbarkeit und zu günstigen Kosten bereitzustellen.Importantly, the bridge rectifiers not only have to withstand the normal battery charging current, but also have to deliver the high load currents required by the vehicle, and this is done at elevated ambient temperatures. These request conditions can occur, for example, when the vehicle is stuck in slow-moving traffic on a hot night. Under such conditions, electrical loads are high due to headlights, air conditioning, engine fans, brake lights, and various other electrical loads. The temperatures in the engine compartment are also high due to the temperature of the outside ambient air and starting and stopping in slow-moving traffic. The described bridge rectifiers are limited in their ability to function reliably under such high current, high temperature conditions. In order for bridge rectifiers to handle this type of excessive current and thermal load, a bridge rectifier that can handle higher current loads must be used. Then, because of the limited space for the alternator, it becomes difficult to provide such a bridge rectifier from the viewpoint of feasibility and at a reasonable cost.

Die Steigerung der Stromkapazität und der Wärmeableitungseigenschaften des Brückengleichrichters umfasste das Befestigen von Halbleiterdiodenchips auf einem ersten und einem zweiten Metallkühlkörper, die durch eine dünne Platte aus elektrisch isolierendem Material elektrisch voneinander isoliert werden. Die Diodenchips werden dann nach dem Anschluss an den jeweiligen Kühlkörper mit einer schützenden Isolierbeschichtung bedeckt. Einer der Metallkühlkörper umfasst einen gerippten Bereich, der der Kühlluft ausgesetzt ist, wenn der Brückengleichrichter am Generator befestigt ist. Der Kühlkörper mit der Mehrzahl von Rippen umfasst zwölf Luftdurchlässe. Dieser Typ von Brückengleichrichter ist in dem an Steele et al. erteilten US-Patent Nr. 4,606,000 dargestellt und wird hier einbezogen.Increasing the current capacity and heat dissipation characteristics of the bridge rectifier involved mounting semiconductor diode chips on first and second metal heat sinks, which are electrically insulated from one another by a thin sheet of electrically insulating material. The diode chips are then covered with a protective insulating coating after connection to the respective heat sink. One of the metal heatsinks includes a finned area that is exposed to the cooling air when the bridge rectifier is attached to the generator. The Heatsink with the plurality of fins includes twelve air passages. This type of bridge rectifier is described in the patent to Steele et al. granted U.S. Patent No. 4,606,000 presented and included here.

Im Laufe der Zeit und infolge von Schwingungen kann die elektrische Integrität der elektronischen Schaltung wegen Ermüdung durch mechanische Belastung ausfallen. Dies führt zu einem Verlust bei der elektrischen Ausgangsleistung der Maschine. Ferner sind mehrere Teile für den Ausgangsanschluss erforderlich, so dass die Teile- bzw. Stückkosten sowie die Montagekosten hoch sind.Over time and as a result of vibration, the electrical integrity of electronic circuitry can fail due to mechanical stress fatigue. This results in a loss in the electric power output of the machine. Furthermore, multiple parts are required for the output terminal, so the part cost and assembly cost are high.

Aus der DE 40 18 710 A1 ist eine elektrische Maschine bekannt, mit Anschlussklemmen und einem flüssigkeitsgekühlten, topfförmigen Metallgehäuse, in dem zwei mit Abstand axial hintereinanderliegende Ständerblechpakete mit in deren Nuten eingelegte Drehstromwicklungen eingesetzt sind, die mit zwei umlaufenden, auf einer Antriebswelle befestigten Klauenpolläufern mit je einer Erregerwicklung zusammenwirken, wobei die Antriebswelle einerseits am Boden des topfförmigen Metallgehäuses und andererseits auf der Antriebsseite der Maschine an einem das topfförmige Gehäuse abschließenden Lagerdeckel gelagert ist. Der antriebsseitige Lagerdeckel nimmt die Anschlüsse der Drehstromwicklungen und die Anschlüsse der Erregerwicklungen auf und die Anschlüsse sind mit an diesem Lagerdeckel angeordneten Gleichrichtereinheiten, mit Minus- und Plus-Dioden sowie Reglerschaltern und Anschlußklemmen der Maschine elektrisch verbunden.From the DE 40 18 710 A1 an electrical machine is known, with connection terminals and a liquid-cooled, pot-shaped metal housing, in which two spaced axially one behind the other stator cores with three-phase windings inserted in their slots are used, which interact with two rotating claw-pole rotors fastened to a drive shaft, each with an exciter winding, the drive shaft being mounted on the one hand on the bottom of the pot-shaped metal housing and on the other hand on the drive side of the machine on a bearing cover terminating the pot-shaped housing. The bearing cover on the drive side accommodates the connections for the three-phase windings and the connections for the excitation windings, and the connections are electrically connected to rectifier units arranged on this bearing cover, to minus and plus diodes and to controller switches and connection terminals of the machine.

Die US 6 731 030 B2 offenbart einen Brückengleichrichter für einen Wechselstromgenerator mit einem Schleifringende. Dieser umfasst einen ersten Kühlkörper mit einem Satz Dioden erster Polarität; eine Isolierschicht, die sich auf dem ersten Kühlkörper befindet; einen zweiten Kühlkörper mit einem Satz von Dioden zweiter Polarität, der auf der Isolierschicht angeordnet ist; eine Anschlussabdeckung, die auf dem zweiten Kühlkörper angebracht ist; einen Kondensator, der mit der Anschlussabdeckung und dem zweiten Kühlkörper verbunden ist; und einen B+-Bolzen, der am zweiten Kühlkörper angebracht ist und durch das Schleifringende des Generators, den ersten Kühlkörper und die Isolierschicht verläuft. Dabei umfasst der zweite Kühlkörper einen Basisabschnitt mit einem ersten und einem zweiten Bereich; kuppelförmige Löcher im zweiten Kühlkörper, welche die Dioden der ersten Polarität darin aufnehmen; Diodenaufnahmelöcher in dem Basisabschnitt, welche die Dioden der zweiten Polarität aufnehmen; und einen Plateauabschnitt, der auf dem ersten Bereich des Basisabschnitts angeordnet ist.The U.S. 6,731,030 B2 discloses a bridge rectifier for an alternator having a slip ring end. This comprises a first heat sink with a set of first polarity diodes; an insulating layer located on the first heat sink; a second heatsink having a set of second polarity diodes disposed on the insulating layer; a connector cover mounted on the second heatsink; a capacitor connected to the terminal cover and the second heatsink; and a B+ bolt attached to the second heatsink and passing through the alternator slip ring end, the first heatsink and the insulating layer. In this case, the second heat sink comprises a base section with a first and a second region; domed holes in the second heatsink receiving the diodes of the first polarity therein; diode receiving holes in the base portion which receive the diodes of the second polarity; and a plateau portion disposed on the first portion of the base portion.

Es besteht Bedarf nach einer Verbesserung der Leistungseigenschaften von Brückengleichrichtern, die dem Stand der Technik entsprechen. Es besteht auch Bedarf nach einer Trägerplatte, die die Wärmeableitung von der Diode steigert und die Diode effizienter kühlt, indem einer Diode eine größere Oberfläche des Kühlkörpers zur Verfügung gestellt wird, wodurch die Ableitung der Wärme von der Diode durch die Trägerplatte verbessert wird, in der die Diode angeordnet ist. Darüber hinaus wird demzufolge eine robustere Baugruppeneinheit gewünscht, die Schwingungen widerstehen kann und zugleich eine auch kostengünstige wirksame Wärmeableitung bereitstellt.There is a need to improve the performance of prior art bridge rectifiers. There is also a need for a backing plate that increases heat dissipation from the diode and cools the diode more efficiently by providing a diode with more heat sink surface area, thereby improving the dissipation of heat from the diode through the backing plate in which the diode is disposed. Furthermore, a more robust assembly that can withstand vibration while also providing effective heat dissipation that is also inexpensive is desired.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Die oben erörterten und anderen Nachteile und Mängel werden durch eine elektronische Baugruppe für eine elektrische Maschine, vorzugsweise einen Drehstromgenerator, überwunden oder verringert, wobei die elektronische Baugruppe umfasst: einen Schleifringenderahmen (SRE-Rahmen), der ein Ende eines Gehäuses definiert, das für den Einbau eines Läufers darin konfiguriert ist, um so drehbar zu sein; eine Mehrzahl von Minusdioden, die winkelartig im SRE-Rahmen verteilt und mit Presspassungen in Öffnungen im SRE-Rahmen befestigt sind, der als Minus-Kühlkörper wirkt; eine Mehrzahl von Plusdioden, die an einer separaten elektrisch leitenden Platte befestigt sind, die über einer Stelle der Mehrzahl von Minusdioden angeordnet ist, wobei die Platte als Plus-Kühlkörper konfiguriert ist, der entsprechende Löcher aufweist, so dass Leiter, die von jeder Minusdiode aus verlaufen, direkt dadurch überstehen, und Öffnungen aufweist, die im Plus-Kühlkörper ausgebildet sind, um mit einem Körper jeder Plusdiode in Eingriff zu stehen; einen nicht leitenden Trenner, der über einer Reihe von Vorsprüngen montiert ist, die den Plus-Kühlkörper über einer den Minus-Kühlkörper definierenden oberen Fläche beabstanden, wobei der Trenner so konfiguriert ist, dass er den Plus-Kühlkörper und den Minus-Kühlkörper elektrisch voneinander isoliert; eine Klemmeneinheit, die so konfiguriert ist, dass sie geeignete elektrische Anschlüsse zwischen den Plus- und Minusdioden, den Ständerphasenleitern und einer Reglereinheit bereitstellt; eine Abdeckung, die quer darüber verläuft, um die elektronische Baugruppe abzuschirmen, wobei die Abdeckung am SRE-Rahmen befestigt ist; und die Reglereinheit ist betriebsfähig an einer Mehrzahl von Stellen am SRE-Rahmen befestigt, wobei die Reglereinheit elektrisch mit dem Plus-Kühlkörper, einer sich von der Klemmeneinheit aus erstreckenden Ständerphasenklemme, dem SRE-Rahmen und einer Bürstenhaltereinheit verbunden ist; wobei die Abwärme von dem Plus-Kühlkörper und dem Minus-Kühlkörper über Entlüftungsöffnungen, die in jedem Kühlkörper konfiguriert sind, und radial nach außen quer über Oberflächen abzuführen ist, die jeden Kühlkörper definieren.The above discussed and other disadvantages and deficiencies are overcome or reduced by an electronic assembly for an electric machine, preferably an alternator, the electronic assembly comprising: a slip ring end frame (SRE frame) defining one end of a housing configured for installation of a rotor therein so as to be rotatable; a plurality of negative diodes angularly distributed in the SRE frame and press-fitted into openings in the SRE frame, which acts as a negative heat sink; a plurality of positive diodes attached to a separate electrically conductive plate disposed over a location of the plurality of negative diodes, the plate being configured as a positive heat sink having corresponding holes such that conductors extending from each negative diode protrude directly therethrough and having openings formed in the positive heat sink to engage a body of each positive diode; a non-conductive separator mounted over a series of protrusions that space the plus heatsink over a top surface defining the minus heatsink, the separator being configured to electrically isolate the plus heatsink and the minus heatsink from one another; a terminal assembly configured to provide appropriate electrical connections between the positive and negative diodes, the stator phase leads and a regulator assembly; a cover extending across to shield the electronic assembly, the cover being attached to the SRE frame; and the controller unit is operably attached to the SRE frame at a plurality of locations, the controller unit being electrically connected to the positive heat sink, a stator phase terminal extending from the terminal unit, the SRE frame and a brush holder unit; wherein the waste heat is to be removed from the plus heatsink and the minus heatsink via vents configured in each heatsink and radially outwardly across surfaces defining each heatsink.

Figurenlistecharacter list

Es zeigen:

1: eine perspektivische Darstellung eines Schleifringenderahmens (SRE-Rahmens) eines Drehstromgenerators einer beispielhaften Ausführung eines Brückengleichrichters, wobei der SRE-Rahmen drei mit ihm angeordnete Minusdioden aufweist;
2: eine perspektivische Darstellung, die einen nicht leitenden Trenner zeigt, der am SRE-Rahmen von 1 angeordnet ist;
3: eine perspektivische Darstellung des Brückengleichrichters von 2, die eine elektrisch leitende Platte (beispielsweise den Plus-Kühlkörper) zeigt, die drei Plusdioden aufweist, die mit ihr über dem nicht leitenden Trenner angeordnet sind;
4: eine perspektivische Darstellung des Brückengleichrichters von 3, der eine über dem Plus-Kühlkörper angeordnete Klemmeneinheit aufweist;
5: eine perspektivische Darstellung einer am SRE-Rahmen angeordneten Reglereinheit und eines unter dem SRE-Rahmen angeordneten Lüfters gemäß der beispielhaften Ausführung von 4;
6: eine perspektivische Darstellung von 5 ohne den Lüfter und mit dem um 90° gedrehten SRE-Rahmen;
7: eine perspektivische Darstellung von 6 mit dem um weitere 90° gedrehten SRE-Rahmen; und
8: eine perspektivische Darstellung einer Abdeckung, die über der elektronischen Baugruppe des Brückengleichrichters gemäß der beispielhaften Ausführung von 5 angeordnet ist.

Show it:

1 Figure 1 is a perspective view of a slip ring end (SRE) frame of an alternator of an exemplary embodiment of a bridge rectifier, the SRE frame having three negative diodes disposed therewith;
2 : A perspective view showing a non-conductive isolator attached to the SRE frame of FIG 1 is arranged;
3 : a perspective view of the bridge rectifier of FIG 2 Figure 12 showing an electrically conductive plate (e.g. the positive heatsink) having three positive diodes placed with it across the non-conductive separator;
4 : a perspective view of the bridge rectifier of FIG 3 , which has a terminal unit arranged over the plus heatsink;
5 FIG. 1: a perspective view of a controller unit arranged on the SRE frame and a fan arranged under the SRE frame according to the exemplary embodiment of FIG 4 ;
6 : a perspective view of 5 without the fan and with the SRE frame rotated 90°;
7 : a perspective view of 6 with the SRE frame rotated another 90°; and
8th FIG. 1 is a perspective view of a cover placed over the electronic assembly of the bridge rectifier according to the exemplary embodiment of FIG 5 is arranged.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT

In den Figuren ist eine beispielhafte Ausführung einer Gleichrichtereinheit 100 zur Verwendung in einem Fahrzeug dargestellt, die sechs Dioden zur Umwandlung des von einen Drehstromgenerator erzeugten Wechselstroms (AC) in Gleichstrom (DC) aufweist. Es wird allgemein eine Anordnung einer elektronischen Baugruppe für einen Kraftfahrzeug-Drehstromgenerator beschrieben. Die elektronische Baugruppe umfasst die Gleichrichtereinheit 100, eine Reglereinheit 19 und einen Bürstenhalter 21.Illustrated in the figures is an exemplary embodiment of a rectifier unit 100 for use in a vehicle that includes six diodes for converting alternating current (AC) generated by an alternator to direct current (DC). An arrangement of an electronic assembly for a motor vehicle alternator is generally described. The electronic assembly includes the rectifier unit 100, a regulator unit 19 and a brush holder 21.

Bezug nehmend auf 1, ist eine beispielhafte Ausführung eines Brückengleichrichters 100 perspektivisch dargestellt. Der Gleichrichter 100 umfasst einen Schleifringenderahmen (SRE-Rahmen) 2 eines Drehstromgenerators (nicht dargestellt) mit drei mit ihm angeordneten Minusdioden 1. Der SRE-Rahmen 2 ist vorzugsweise aus Gussaluminium, doch es können auch andere Materialien vorgesehen sein. Die drei Minusdioden 1 sind in direktem Kontakt mit dem SRE-Rahmen 2 des Drehstromgenerators befestigt. Die Dioden 1 sind winkelartig verteilt und in einer komplementär konfigurierten Öffnung voneinander beabstandet, die eine Montage durch Presspassung erlaubt. Der SRE-Rahmen 2 ist als ein strukturelles, elektrisch und thermisch leitendes Element (beispielsweise ein Minus-Kühlkörper) der Gleichrichtereinheit 100 konfiguriert. Eine Mehrzahl von Entlüftungsöffnungen sind konzentrisch radial nach innen und außen zu den Dioden 1 angeordnet und bilden einen Bogen (in gestrichelten Linien dargestellt) zwischen den Dioden 1.Referring to 1 , an exemplary embodiment of a bridge rectifier 100 is shown in perspective. The rectifier 100 comprises a slip ring end (SRE) frame 2 of an alternator (not shown) with three negative diodes 1 arranged therewith. The SRE frame 2 is preferably cast aluminum but other materials may be envisaged. The three negative diodes 1 are fixed in direct contact with the SRE frame 2 of the alternator. The diodes 1 are angularly distributed and spaced apart in a complementarily configured opening that allows for press-fit assembly. The SRE frame 2 is configured as a structural, electrically and thermally conductive element (for example, a minus heatsink) of the rectifier unit 100 . A plurality of vent holes are concentrically arranged radially inward and outward of the diodes 1 and form an arc (shown in dashed lines) between the diodes 1.

Drei Plusdioden 3 sind an einer separaten elektrisch leitenden Platte 4 befestigt, die direkt über einer Stelle der drei Minusdioden angeordnet ist (in 3 dargestellt). Die Platte 4 ist vorzugsweise als Plus-Kühlkörper mit entsprechenden Löchern 5 konfiguriert, so dass Leiter 6, die von den Minusdioden 1 aus verlaufen, direkt durch ein entsprechendes Loch 5 hindurch überstehen und richtig in Bezug auf eine Klemmeneinheit 13 positioniert sind, um elektrisch damit verbunden zu werden (in 4 am besten ersichtlich). Die Platte 4 ist mit einer Mehrzahl von sich davon erstreckenden Rippen 7 und Radialschlitzen 8 konfiguriert, die zur Kühlung im Plus-Kühlkörper ausgebildet sind. Bei einer beispielhaften Ausführung wie der dargestellten werden die Radialschlitze 8 gebildet, wenn die Rippen 7 so aus der Platte 4 herausgestanzt werden, dass jede Rippe 7 einem auf sie ausgerichteten Schlitz 8 entspricht. Zur Anordnung einer jeweiligen Plusdiode ist im Plus-Kühlkörper 4 eine Öffnung 9 ausgebildet. Bei einer beispielhaften Ausführung ist die Öffnung 9 als eine zylindrische Wand 9 konfiguriert, die im Plus-Kühlkörper bzw. der Platte 4 ausgebildet ist und jede Plusdiode 3 umgibt. Die zylindrische Wand 9 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass sie eine Presspass-Montage einer entsprechenden Plusdiode 3 darin erlaubt. Die zylindrische Wand 9 vergrößert die Kontaktoberfläche mit der Diode 3, um die Wärmeleitung von der Diode 3 und die Wärmeableitung von der zylindrischen Wand 9 zu steigern. Die Platte 4 besteht vorzugsweise aus Aluminium und bevorzugter aus der Aluminiumlegierung 1100, wobei allerdings auch andere geeignete leitende Materialien vorgesehen sein können. Obwohl vorstehend eine zylindrische Wand 9 beschrieben wurde, besteht darüber hinaus keine Beschränkung auf die zylindrische Wand 9, so dass auch andere geometrische Formen vorgesehen sein können, die beispielsweise achteckige oder sternartige Formen umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind.Three positive diodes 3 are attached to a separate electrically conductive plate 4 placed directly over one location of the three negative diodes (in 3 shown). The plate 4 is preferably configured as a plus heatsink with corresponding holes 5 such that conductors 6 running from the minus diodes 1 protrude directly through a corresponding hole 5 and are properly positioned in relation to a terminal unit 13 to be electrically connected thereto (in Fig 4 best seen). The plate 4 is configured with a plurality of ribs 7 and radial slots 8 extending therefrom which are formed for cooling in the plus heatsink. In an exemplary embodiment such as that illustrated, the radial slots 8 are formed when the ribs 7 are stamped out of the plate 4 such that each rib 7 corresponds to a slot 8 in alignment with it. An opening 9 is formed in the positive heat sink 4 for arranging a respective positive diode. In an exemplary embodiment, the opening 9 is configured as a cylindrical wall 9 formed in the positive heatsink or plate 4 and surrounding each positive diode 3 . The cylindrical wall 9 is preferably configured to allow press-fit mounting of a corresponding positive diode 3 therein. The cylindrical wall 9 increases the contact surface with the diode 3 to increase heat conduction from the diode 3 and heat dissipation from the cylindrical wall 9. Plate 4 is preferably aluminum and more preferably 1100 aluminum alloy, although other suitable conductive materials may be provided. Furthermore, while a cylindrical wall 9 has been described above, the cylindrical wall 9 is not limited to such other geometric shapes as may be provided, including but not limited to octagonal or star-like shapes, for example.

Bezug nehmend auf 2, ist zur elektrischen Isolierung des Plus-Kühlkörpers 4 gegenüber dem auf Erdpotential liegenden SRE-Rahmen 2 ein nicht leitender Trenner 10 über einer Reihe von Vorsprüngen 11 montiert, der den Plus-Kühlkörper 4 über einer oberen Fläche beabstanden, die den SRE-Rahmen 2 definiert. Der Trenner 10 ist als Phasenleiter-Isolator 12 für den Ständer (nicht dargestellt) konfiguriert, um die Ständerdrähte (drei in gestrichelten Linien dargestellt) zu isolieren, die durch den auf Erdpotential liegenden SRE-Rahmen 2 hindurch überstehen.Referring to 2 , to electrically isolate the positive heatsink 4 from the grounded SRE frame 2, a non-conductive separator 10 is mounted over a series of bosses 11 that space the positive heatsink 4 over a top surface that defines the SRE frame 2. The isolator 10 is configured as a phase conductor insulator 12 for the stator (not shown) to isolate the stator wires (three shown in phantom) protruding through the SRE frame 2 which is at ground potential.

Bezug nehmend auf 4, erfolgen die geeigneten elektrischen Anschlüsse zwischen den Dioden 1 und 3, den Ständerphasenleitern (in gestrichelten Linien dargestellt) und einem Regler 19 (5-8) durch Verwendung einer Klemmeneinheit 13. Die Klemmeneinheit 13 ist vorzugsweise kreisbogenartig konfiguriert, damit sie an die Krümmung der Struktur der angeordneten Dioden 1, 3 und die Konfiguration des Plus-Kühlkörpers 4 angepasst ist. In die Klemmeneinheit 13 ist vorzugsweise eine einstückige elektrische Leitung 14 eingepresst. Die elektrische Leitung 14 ist vorzugsweise aus Kupfer, doch man kann auch andere in geeigneter Weise leitende Materialien verwenden. Die Klemmeneinheit 13 wird nach dem Einpressen gestanzt, um die Leitung 14 in geeignete Abschnitte für elektrische Verbindungen mit den Dioden 1 und 3 und den Ständerdrähten zu unterteilen. Die Klemmeneinheit 13, der Plus-Kühlkörper 4, der Trenner 10 und der SRE-Rahmen 2 werden über Befestigungselemente (nicht dargestellt) zusammengeklemmt, die durch in der Klemmeneinheit 13 konfigurierte zylindrische Wände 15 (vier dargestellt) führen und die daraus resultierende Einheit befestigen. Jede der zylindrischen Wände 15 stellt für ein durch sie verlaufendes entsprechendes Befestigungselement eine elektrische Isolierung gegenüber dem Plus-Kühlkörper bereit und wirkt dabei als vorspringende Struktur für eine entsprechende Zylinderwand 9', durch die keine Diode 3 verläuft. Jedes der Befestigungselemente steht direkt mit dem SRE-Rahmen 2 in Eingriff, beispielweise in Gewindeeingriff, wobei das Befestigungselement vorzugsweise ein mechanisches Befestigungselement wie z.B. eine Gewindeschraube ist.Referring to 4 , the appropriate electrical connections are made between the diodes 1 and 3, the stator phase conductors (shown in dashed lines) and a regulator 19 ( 5-8 ) by using a clamp unit 13. The clamp unit 13 is preferably configured in a circular arc shape to match the curvature of the structure of the arrayed diodes 1, 3 and the configuration of the plus heat sink 4. A one-piece electrical line 14 is preferably pressed into the terminal unit 13 . The electrical lead 14 is preferably copper, but other suitably conductive materials may be used. The terminal assembly 13 is stamped after being pressed in to divide the lead 14 into appropriate sections for electrical connections to the diodes 1 and 3 and the stator wires. The clamp assembly 13, plus heatsink 4, separator 10 and SRE frame 2 are clamped together via fasteners (not shown) that pass through cylindrical walls 15 (four shown) configured in the clamp assembly 13 and secure the resulting assembly. Each of the cylindrical walls 15 provides electrical insulation from the plus heatsink for a respective fastener passing therethrough, while acting as a projecting structure for a respective cylinder wall 9' through which no diode 3 passes. Each of the fasteners engages the SRE frame 2 directly, e.g. by threading engagement, with the fastener preferably being a mechanical fastener such as a threaded screw.

Bezug nehmend auf 5, wird die Gleichrichtereinheit 100 vorzugsweise durch mehrere Luftströme gekühlt, die quer über den Plus-Kühlkörper 4 und den Minus-Kühlkörper bzw. Rahmen 2 sowie durch verschiedene darin konfigurierte Luftdurchlässe fließen. Da der Plus-Kühlkörper 4 vom SRE-Rahmen 2 beabstandet ist, fließt die Luft nicht nur axial nach unten durch die Schlitze 8 nahe dem gerippten Bereich, der durch die Rippen 7 am Plus-Kühlkörper 4 definiert ist (allgemein durch die Pfeile 16 gekennzeichnet), sondern auch radial quer über beide den Rahmen 2 und die Platte 4 definierenden Flächen, bevor sie in den Einlass des SRE-Rahmens 2 eintritt (allgemein durch die Pfeile 17 gekennzeichnet). Der SRE-Rahmen 2 wird auch durch diese Radialbewegung der Luft und ferner durch die Radialbewegung der Luft innerhalb des Rahmens 2 gekühlt, da die Luft durch den SRE-Rahmen 2 und quer über eine Innenfläche des SRE-Rahmens 2 strömt, bevor sie in Radialrichtung austritt (allgemein durch die Pfeile 18 gekennzeichnet). Vorzugsweise wird ein allgemein mit gestrichelten Linien dargestellter Lüfter 110 verwendet, um den Luftstrom am Schleifringende des Drehstromgenerators zu verstärken. Ein Lüfter könnte aber auch an der Antriebsendeseite des Läufers oder sogar extern an der Maschine angeordnet sein, um diese Luftbewegung zu erzeugen. Der Lüfter 110 ist vorzugsweise so konfiguriert, dass er Luft in den SRE-Rahmen 2 in Richtung der darin untergebrachten elektronischen Baugruppe zieht. Der Lüfter 110 ist betriebsfähig mit der Welle des Drehstromgenerators verbunden, bei dem vorzugsweise zwei Lüfter 110 an beiden Enden verwendet werden.Referring to 5 , the rectifier unit 100 is preferably cooled by multiple airflows flowing across the plus heatsink 4 and the minus heatsink or frame 2 and through various air vents configured therein. Because the plus heatsink 4 is spaced from the SRE frame 2, the air flows not only axially down through the slots 8 near the finned area defined by the fins 7 on the plus heatsink 4 (generally indicated by arrows 16), but also radially across both the frame 2 and plate 4 defining surfaces before entering the inlet of the SRE frame 2 (generally indicated by the arrows 17). The SRE frame 2 is also cooled by this radial movement of the air and further by the radial movement of the air within the frame 2 as the air flows through the SRE frame 2 and across an inner surface of the SRE frame 2 before exiting radially (generally indicated by the arrows 18). Preferably, a fan 110, shown generally in phantom, is used to increase airflow at the slip ring end of the alternator. Alternatively, a fan could be located on the drive end side of the rotor or even external to the machine to create this air movement. The fan 110 is preferably configured to draw air into the SRE frame 2 toward the electronic assembly housed therein. The fan 110 is operably connected to the shaft of the alternator, which preferably uses two fans 110 at either end.

Die Reglereinheit 19 ist elektrisch mit dem Plus-Kühlkörper 4, einer von der Klemmeneinheit 13 aus verlaufenden Ständerphasenklemme 20, dem SRE-Rahmen 2 und einer Bürstenhaltereinheit 21 verbunden. Der Regler 19 umfasst eine an einem Ende angeordnete geeignete Steckverbindereinheit 22, die das Einstecken eines externen Steckverbinderkörpers in den Regler 19 für den richtigen elektrischen Anschluss des Fahrzeugs erlaubt. Die Reglereinheit 19 ist vorzugsweise eine umschlossene Baugruppe, die betriebsfähig an mehreren Stellen am SRE-Rahmen befestigt ist (am besten in 7 ersichtlich). Die Reglereinheit 19 wird elektrisch und strukturell mit dem Plus-Kühlkörper 4 verbunden, der auf einem B+-Spannungspotential der Batterie liegt, indem man eine in einem Leiterrahmen des Reglers 19 ausgebildete Ringöse 23 über einem B+-Ausgangsbolzen 24 des Gleichrichters positioniert. Der B+-Bolzen 24 wird in eine Rückseite des Plus-Kühlkörpers 4 gepresst. Dann wird ein Metallabstandsstück 25 über den B+-Bolzen auf die Ringöse 23 des Reglers gepresst. Wenn der Kunde ein externes Batteriekabel 40 an den B+-Bolzen 24 anschließt, wird die Reglereinheit 100 als ganze durch die Spannung zusammengedrückt, die im B+-Bolzen 24 entsteht, wenn eine externe Mutter 42 über das Gewinde am Bolzen 24 befestigt wird (siehe 8). Der Regler 19 ist über die Klemmeneinheit 13 und eine angelötete Verbindung an der Klemme 20 elektrisch an eine der Ständerphasenwicklungen angeschlossen. Der elektrische Anschluss an die Plus-Erregerklemme (F+) eines Bürstenhalters 26 der Bürstenhaltereinheit 21 wird über ein Befestigungselement (nicht dargestellt) realisiert, das den Regler 19 an den Bürstenhalter 26 anklemmt und im SRE-Rahmen 2 befestigt wird (am besten in 6 und 7 dargestellt). Der elektrische Minus-Erregeranschluss (F-) für den Bürstenhalter erfolgt ebenfalls über dieselbe festgeklemmte Verbindungseinheit.The regulator unit 19 is electrically connected to the positive heat sink 4, a stator phase terminal 20 extending from the terminal unit 13, the SRE frame 2, and a brush holder unit 21. The controller 19 includes an appropriate connector assembly 22 located at one end which allows an external connector body to be plugged into the controller 19 for proper electrical connection of the vehicle. The regulator unit 19 is preferably an enclosed assembly operably attached to the SRE frame at multiple locations (preferably in 7 apparent). The regulator unit 19 is electrically and structurally connected to the positive heatsink 4, which is at a B+ voltage potential of the battery, by positioning an eyelet 23 formed in a lead frame of the regulator 19 over a B+ output stud 24 of the rectifier. The B+ bolt 24 is pressed into a back side of the plus heatsink 4 . A metal spacer 25 is then pressed onto the lug 23 of the regulator over the B+ bolt. When the customer connects an external battery cable 40 to the B+ bolt 24, the regulator assembly 100 as a whole is compressed by the stress developed in the B+ bolt 24 when an external nut 42 is threadedly secured to the bolt 24 (see Figs 8th ). The regulator 19 is electrically connected to one of the stator phase windings via terminal assembly 13 and a soldered connection at terminal 20. The electrical connection to the positive excitation terminal (F+) of a brush holder 26 of the brush holder unit 21 is implemented via a fastening element (not shown), which clamps the controller 19 to the brush holder 26 and is fastened in the SRE frame 2 (preferably in 6 and 7 shown). The electrical minus pathogenan Connection (F-) for the brush holder is also made via the same clamped connection unit.

Der B+-Bolzen 24 steht bei einer beispielhaften Ausführung (bezogen auf 3-6) durch die Unterseite des Plus-Kühlkörpers 4 hindurch über und ist durch einen Kopf (nicht dargestellt) verankert, der an einer den Plus-Kühlkörper 4 definierenden unteren Fläche ruht, und hat am anderen Ende ein Gewinde. Das Metallabstandsstück 25 ist über dem B+-Bolzen 24 angeordnet, so dass, wenn ein externes Batteriekabel 40 betriebsfähig an den B+-Bolzen 24 angeschlossen ist, der B+-Bolzen 24 unter Spannung steht und das Abstandsstück 25 zusammengedrückt wird, wenn eine externe Mutter 42 am B+-Bolzen befestigt ist (siehe 8). 3 zeigt eine Rändelung 29 am B+-Bolzen 24, so dass, wenn das Metallabstandsstück 25 auf dem Bolzen 24 angeordnet ist, die beiden Teile durch Presssitz zwischen der Rändelung 29 am B+-Bolzen 24 und der das Abstandsstück 25 definierenden Innendurchmesserfläche zusammengehalten werden. Bei einer solchen Anordnung wird ein Abstandsstück 25 für mehrere Ausgangsbolzen wie beispielsweise M6 oder M verwendet, da verschiedene Kunden unterschiedliche B+-Bolzen verlangen. Dadurch werden die Anzahl an Teilen, Montagefehler und Kosten reduziert. Ferner ist kein Klebeband mehr erforderlich, das normalerweise am B+Bolzen angebracht wird, um das Abstandsstück während der Montage und des Versands zum Kunden an seiner Position zu halten.The B+ bolt 24 is in an exemplary embodiment (referring to FIG 3-6 ) extends through the underside of the plus heatsink 4 and is anchored by a head (not shown) which rests on a bottom surface defining the plus heatsink 4 and is threaded at the other end. The metal spacer 25 is positioned over the B+ bolt 24 so that when an external battery cable 40 is operatively connected to the B+ bolt 24, the B+ bolt 24 is in tension and the spacer 25 is compressed when an external nut 42 is secured to the B+ bolt (see Figs 8th ). 3 Figure 12 shows a knurl 29 on the B+ bolt 24 so that when the metal spacer 25 is placed on the bolt 24, the two parts are held together by an interference fit between the knurl 29 on the B+ bolt 24 and the inner diameter surface defining the spacer 25. In such an arrangement, one spacer 25 is used for multiple output bolts, such as M6 or M, since different customers require different B+ bolts. This reduces the number of parts, assembly errors and costs. It also eliminates the need for the tape normally applied to the B+ bolt to hold the spacer in place during assembly and shipping to the customer.

Bezug nehmend auf 8, wird die gesamte in Bezug auf 5-7 beschriebene elektronische Baugruppe durch eine Abdeckung 27 abgeschirmt, die quer über die gesamte elektronische Baugruppe verläuft und am SRE-Rahmen 2 befestigt ist. Die Abdeckung 27 umfasst eine Mehrzahl von Entlüftungsöffnungen 28, die in einer die Abdeckung 27 definierenden oberen Fläche konfiguriert sind, um einen Luftstrom dadurch zur elektronischen Baugruppe zu ermöglichen, die unter der oberen Fläche angeordnet ist. Die Abdeckung 27 ist ferner mit einem allgemein bei 30 gekennzeichneten ausgeschnittenen Abschnitt konfiguriert, um die Steckverbindereinheit 22 dadurch zu lassen und ihr den elektrischen Anschluss an einen externen Steckverbinderkörper zu erlauben. Die obere Fläche der Abdeckung 27 ist ebenfalls mit einer Öffnung konfiguriert, damit das Abstandsstück 25 und der B+-Bolzen 24 dadurch verlaufen, um wie oben beschrieben elektrisch mit einer Fahrzeugbatterie verbunden zu werden.Referring to 8th , the entire will regarding 5-7 described electronic assembly shielded by a cover 27 which runs across the entire electronic assembly and is attached to the SRE frame 2. The cover 27 includes a plurality of vent openings 28 configured in a top surface defining the cover 27 to allow airflow therethrough to the electronic assembly located beneath the top surface. The cover 27 is further configured with a cut-away portion, indicated generally at 30, to allow the connector assembly 22 therethrough and permit electrical connection to an external connector body. The top surface of cover 27 is also configured with an opening to allow spacer 25 and B+ bolt 24 to pass therethrough to be electrically connected to a vehicle battery as described above.

Die vorstehend beschriebene Erfindung sieht eine geometrische Anordnung der verschiedenen Komponenten vor, die in puncto Wärme eine sehr effektive Baugruppe für den Gleichrichter bietet; die Konstruktion der montierten Komponenten ergibt eine sehr robuste Einheit, die beständig gegen die Wirkung von Schwingungen ist.The invention described above provides a geometric arrangement of the various components which provides a very efficient assembly for the rectifier from a thermal point of view; the construction of the assembled components results in a very robust unit, resistant to the effects of vibration.

Die die Wärme betreffenden Aspekte einer beispielhaften Ausführung der oben beschriebenen Gleichrichtereinheit umfassen einen passenden Winkelabstand zwischen den Dioden. Die Minusdioden sind in oder an dem SRE-Rahmen befestigt, so dass ein doppelter Luftstrom quer über und durch den Plus-Kühlkörper fließen kann. Der Plus-Kühlkörper ist mit durch Schubumformen hergestellten Rippen und konzentrischen Wänden rings um die Plusdioden konfiguriert, die beide eine große Oberfläche ergeben, um Wärme davon abzuleiten, wobei der SRE-Lüfter zur Kühlung die Luft direkt quer über die Fläche des SRE-Rahmens streichen lässt.The thermal aspects of an exemplary implementation of the rectifier unit described above include proper angular spacing between the diodes. The negative diodes are mounted in or on the SRE frame, allowing dual airflow to flow across and through the positive heatsink. The Plus heatsink is configured with shear formed fins and concentric walls around the Plus diodes, both of which provide a large surface area to conduct heat away from, with the SRE fan sweeping air directly across the face of the SRE frame for cooling.

Die konstruktionsbezogenen Aspekte dieser beispielhaften Ausführung der oben beschriebenen Gleichrichtereinheit umfassen die Beabstandung von Befestigungselementen durch isolierte zylindrische Wände bei jeden zwei Diodenpaaren; ausgebildete konzentrische Wände im Plus-Kühlkörper, die die Plattensteifigkeit erhöhen und eine Plusdiode halten; Befestigungselemente, die den B+-Ausgangsbolzen überspannen, um die Gleichrichtereinheit zusammendrückend zu montieren; und eine starr konstruierte Klemmeneinheit und ein Befestigungssystem.The constructional aspects of this exemplary embodiment of the rectifier unit described above include the spacing of fasteners by insulated cylindrical walls at every two pairs of diodes; formed concentric walls in the plus heatsink, increasing board rigidity and holding a plus diode; fasteners spanning the B+ output stud to compressively mount the rectifier unit; and a rigidly constructed clamp assembly and attachment system.

Andere Aspekte einer beispielhaften Ausführung der oben beschriebenen Gleichrichtereinheit umfassen eine für den B+-Bolzen und das Abstandsstück ausgelegte Berührungsfläche mit Presssitzkonfigurationen; einen Phasenleiter-Isolator, der in den Plus-Kühlkörper-Trenner integriert ist; eine Trenner- und Klemmenkonstruktion mit abwechselnd nach oben und unten gerichteter Konfiguration zur einfacheren Positionierung während der Montage; und die Geometrie der Regleranordnung.Other aspects of an exemplary implementation of the rectifier unit described above include a B+ bolt and spacer mating surface with press-fit configurations; a phase conductor insulator integrated into the plus heatsink separator; a separator and clamp construction with an alternate up and down configuration for easier positioning during assembly; and the geometry of the controller assembly.

Eine die Wärme betreffende Auslegung, die die Kühleffizienz der oben beschriebenen Gleichrichtereinheit übertreffen kann, ist die Flüssigkühlung, doch eine solche Flüssigkühlung verursacht untragbare Kosten. Hinsichtlich der Schwingungen ist die oben beschriebene elektronische Baugruppe widerstandsfähiger gegen schwingungsbedingten Ausfall als irgendeine andere von den Anmeldern geprüfte Baugruppenkonstruktion. Darüber hinaus bietet eine beispielhafte Ausführung der oben beschriebenen elektronischen Baugruppe einer Gleichrichtereinheit einen auf die Wärme und Auslegung bezogenen wesentlichen Vorteil bei kostengünstiger Konstruktion.One thermal design that can exceed the cooling efficiency of the rectifier unit described above is liquid cooling, but such liquid cooling is prohibitively expensive. With respect to vibration, the electronic assembly described above is more resistant to failure due to vibration than any other assembly design tested by applicants. In addition, an exemplary embodiment of the electronic assembly described above provides a rectifier unit with a significant thermal and design advantage while being inexpensive to construct.

Der durch eine Diode fließende elektrische Strom erzeugt Wärme. Die Wärme beeinträchtigt die Strombelastbarkeit einer Diode. Die Temperatur und die Strombelastbarkeit stehen somit in umgekehrtem Verhältnis zueinander. Oberhalb einer bestimmten Temperatur wird eine Diode zerstört. Bei einem Drehstromgenerator, der Hochstrom erzeugt, ist es also unbedingt erforderlich, dass die Dioden durch Kühlkörper gekühlt werden und die Wärmeableitung der Kühlkörper verbessert wird, indem die Oberfläche und der über/durch sie fließende Luftstrom vergrößert werden.The electric current flowing through a diode generates heat. The heat affects the current carrying capacity of a diode. The temperature and the current-carrying capacity are thus in reverse inverted relationship to each other. A diode is destroyed above a certain temperature. So, in an alternator that produces high current, it is imperative that the diodes be cooled by heat sinks and that the heat dissipation of the heat sinks be improved by increasing the surface area and airflow over/through them.

Die hier offenbarten beispielhaften Ausführungen stellen einen besseren Brückengleichrichter für einen Drehstromgenerator bereit, der eine Kühlkörpervorrichtung umfasst, die ausgebildete konzentrische Wände rings um die Plusdioden aufweist, um die Wärmeableitungsrate im Vergleich zu einer Kühlkörpervorrichtung ohne die ausgebildeten konzentrischen Wände zu verbessern. Ferner erhöhen die ausgebildeten konzentrischen Wände die Steifigkeit der Kühlkörpervorrichtung, so dass sie Schwingungen widersteht.The exemplary embodiments disclosed herein provide an improved bridge rectifier for an alternator that includes a heatsink device that has concentric walls formed around the positive diodes to improve the heat dissipation rate compared to a heatsink device without the concentric walls formed. Furthermore, the formed concentric walls increase the rigidity of the heat sink device so that it withstands vibration.

Obwohl die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführung beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass man verschiedene Änderungen durchführen und Elemente davon durch gleichwertige Elemente ersetzen kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können zahlreiche Modifikationen vorgenommen werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Folglich besteht die Absicht, dass die Erfindung nicht auf die besondere Ausführung, die als die beste Betriebsart für die Durchführung dieser Erfindung vorgesehene offenbart wurde, beschränkt bleibt, und dass die Erfindung jedoch alle Ausführungen einschließt, die innerhalb des Umfangs der Patentansprüche liegen.Although the invention has been described in terms of an exemplary embodiment, it will be understood by those skilled in the art that various changes may be made and equivalent elements substituted for elements thereof without departing from the scope of the invention. Furthermore, numerous modifications can be made to adapt a particular situation or material to the teachings of the invention without departing from the essential scope thereof. Accordingly, it is intended that the invention not be limited to the particular embodiment disclosed as the best mode contemplated for carrying out this invention, and that the invention, however, include all embodiments falling within the scope of the claims.

Claims

assembly claim 1 , wherein the openings (9) in the plus heat sink are stretched cylinder walls.

assembly claim 1 wherein a plurality of vent holes (28) are concentrically arranged radially inward and outward of said plurality of negative diodes (1) and form an arc therebetween.

assembly claim 3 wherein radial slots (8) are formed in the positive heat sink, the radial slots (8) being substantially aligned with the plurality of vent openings (28) arranged radially inwardly of the plurality of negative diodes (1).

assembly claim 4 wherein the radial slots (8) are formed when ribs (7) are stamped out of the plate (4) defining the plus heatsink so that each rib (7) corresponds to a slot (8) aligned with it.

assembly claim 1 , the respective holes having respective conductors extending therethrough from the negative diodes, projecting directly through the respective holes and each aligned with a respective lead fed from the terminal unit (13) to be electrically connected thereto.

assembly claim 1 wherein each aperture (9) is preferably configured to allow at least one of a press-fit assembly of a respective positive diode (3) therein and an increase in contact surface area with the respective diode to increase heat conduction therefrom.

assembly claim 1 wherein the separator (10) is configured as a phase conductor insulator isolating stator wires passing through the SRE frame (2) which is at ground potential and electrically connected to a corresponding line extending from the terminal unit (13).

assembly claim 1 wherein the terminal unit (13) is preferably configured as an arc substantially matching a structure of at least one of the arranged plurality of negative diodes (1), plurality of positive diodes (3) and the configuration of the positive heat sink (4).

assembly claim 9 wherein the clamp assembly (13), plus heatsink (4), separator (10), and SRE frame (2) are clamped together via fasteners that pass through cylindrical walls configured in the clamp assembly (13) and secure the resulting assembly.

assembly claim 10 each of said cylindrical walls providing electrical insulation from said plus heatsink (4) for a respective fastener therethrough.

assembly claim 10 , wherein the spacing of each fastener includes two diodes in between.

assembly claim 5 wherein the plus heatsink (4) spaced from the SRE frame (2) allows air to flow axially downward through the slots (8) near a ribbed area defined by the ribs (7) on the plus heatsink (4) and also allows air to flow radially across both the SRE frame (2) and plate (4) defining surfaces before entering an inlet of the SRE frame (2) defined by respective vent openings.

assembly Claim 13 wherein the fan (110) is located near a slip ring end of the machine and is configured to draw air into the SRE frame (2) toward the electronic assembly housed thereon.

assembly Claim 14 , wherein the fan (110) sweeps air directly across the face of the SRE frame (2) to cool it.

assembly claim 1 wherein a positive B+ post (24) of the battery is operatively connected to the positive heat sink (4).

assembly Claim 16 wherein the controller unit (19) is electrically and structurally connected to the positive heatsink (4) which is at a B+ voltage potential by positioning a ring lug (23) formed in a leadframe defining the controller unit (19) over the B+ stud (24).

assembly Claim 17 wherein a metal spacer (25) is placed over the B+ bolt (24) on the ring lug (23) of the regulator (19) so that when an external battery cable (40) is operatively connected to the B+ bolt (24), the rectifier unit is compressed by the stress developed in the B+ bolt (24) when an external nut (42) is fastened to the B+ bolt (24).

assembly claim 1 wherein the controller unit (19) is electrically connected to one of the stator phase windings via the terminal unit (13).

assembly claim 19 wherein the terminal assembly (13) comprises a first lead electrically connected to said one of said stator phase windings by a respective conductor and a second lead having a soldered connection between a spigot extending from said terminal assembly (13) and a respective socket of said regulator assembly.

assembly claim 1 wherein the plus heatsink (4) is configured with shear formed fins (7) and concentric walls around the plus diodes (3), both providing a large surface area to dissipate heat therefrom, each of the formed concentric walls being configured for at least one of an increase in panel stiffness and a retention of a plus diode (3).